Коллектив авторов - Происхождение Вселенной. Как с помощью теории относительности Эйнштейна можно проникнуть в прошлое, понять настоящее и предвидеть будущее Вселенной [litres]

Все мы совершаем ошибки. Черные дыры также являются следствием теории относительности, хотя при вашей жизни немногие верили в их существование. Как бы вы искали гравитационные волны в ваше время?

Даже наблюдения динамических гравитационных полей, создаваемых вращением Земли и Солнца, тех полей, которые можно было бы наблюдать с помощью таких чувствительных индикаторов, как Луна и внутренние планеты, невозможно провести из-за их малой точности.

То есть надежды мало. Тогда скажите, что же такое эти самые гравитационные волны?

Я вам пришлю статью о волнах. Она очень хороша.

Спасибо, но я не Эйнштейн. Могли бы вы объяснить мне все это без уравнений?

Я сделаю это с большим удовольствием, потому что, к сожалению, существует некоторая опасность, что довольно сложная математическая форма теории угрожает затмить ее простое (и естественное) физическое содержание. Хорошо известно, что приближенный метод интегрирования гравитационных уравнений общей теории относительности приводит к существованию гравитационных волн [3] Цитируется по статье «О гравитационных волнах», написанной Эйнштейном в 1937 году в соавторстве с Натаном Розеном. .

Хмм, я думаю, что стоит вернуться к основам.

Я посылаю вам рукопись с объяснением общей теории относительности, но не осмеливаюсь надеяться на то, что вы действительно ее прочтете.

Спасибо, я подумаю. Итак, с последним предсказанием теории относительности мы разобрались. Каким будет следующее?

По-видимому, более полная квантовая теория также должна будет привести к модификации теории гравитации.

Гравитационно-волновая астрономия как самостоятельная наука появилась только сейчас. К 2021 году модифицированная аппаратура LIGO должна стать в тысячу раз чувствительнее, чем ее воплощение 2016 года. Целью данной модификации является измерение изменений в расстоянии, равных одной десятитысячной размера протона (10 –21 м).

Охотники за гравитационными волнами надеются обнаружить черные дыры во Вселенной, но на пути их подстерегают различные препятствия, и не в последнюю очередь это касается некоторых фундаментальных законов физики. Двойные детекторы LIGO имеют форму L -образных туннелей длиной 4 километра. Для того чтобы обнаружить расширение и сжатие пространства-времени, вызванные проходящей гравитационной волной, физики посылают луч лазера вдоль каждого туннеля, чтобы он отразился от зеркала, установленного в конце. Когда луч возвращается к повороту туннеля, физики снова соединяют его со светом из другого рукава и смотрят, совпадают ли фазы обоих пучков света, имея в виду, что они прошли одинаковое расстояние. Если фазы не совпадают, гравитационная волна поймана.

Чтобы быть уверенным в этом, необходимо учитывать любую случайность, которая может вызвать сдвиг зеркала: волны, разбивающиеся о берег, громыхание проходящего автомобиля, даже сам лазер может сдвинуться с места. Выход такой: держать зеркала как можно дальше от поверхности земли. Ученые подвешивают их к изолированным подмосткам. Они также измеряют колебания почвы сейсмометрами и постоянно регулируют зеркала, чтобы скомпенсировать эти колебания.

Но сейсмометры не могут установить разницу между сотрясением зеркал, вызванным землетрясением (происшедшим, к примеру, в Австралии) или другими причинами. Сильный ветер может наклонить здание, где установлены сейсмометры, и они будут двигать зеркала тогда, когда это не нужно. Поэтому обслуживающий персонал подвешивает сейсмометры на тонких стеклянных стренгах, чтобы изолировать их от вибрации несейсмического происхождения.

Более фундаментальное ограничение накладывается квантовой механикой. На волны с частотами выше 1 килогерца начинает сильно влиять принцип неопределенности Гейзенберга. Он заключается в том, что при измерении двух определенных параметров точность измерения одного из них падает с повышением точности измерения другого. В случае с LIGO этими двумя параметрами являются яркость и фаза световой волны.

К счастью, вы можете послать свет через специальный кристалл, чтобы сжать его и получить возможность измерить необходимый параметр с высокой точностью, правда, за счет падения точности для другого. В этом случае можно более точно измерить фазу, хотя яркость и количество регистрируемых фотонов падает. Это уже делается в LIGO , но новый способ сжатия света с использованием специальных зеркал с микрометровыми шкалами будет добавлен в усовершенствованном варианте.